1、第五章平面 连杆机构及其设计,5.1 平面连杆机构的特点及应用,5.2 四杆机构的运动变换功能和性能指标,5.3 多杆机构,5.4 连杆机构设计概论,5.5 连杆机构的设计（解析法）,本章目录,下一页,退出,总目录,5.6 连杆机构的设计（图解法）,5.1 平面连杆机构的特点 优点：1 实现多种运动变换和多种轨迹、引导刚体 2 低副机构可传递较大动力 、3 便于加工4 运动副保证构件接触,简单可靠 缺点：1 运动累积误差较大2 惯性力不易平衡,5.1 平面连杆机构的特点及应用,引导刚体,5.2四杆机构的运动变换功能和性能指标,5.2.1铰链四杆机构,曲柄,连杆,摇杆,机架,整周转动副,整周转动
2、副,非整周转动副,非整周转动副,AD机架,与机架相连的杆,与机架相对的杆,BC连杆,5.2.1.1 铰链四杆机构存在曲柄的条件,有曲柄的条件：,由、得出：,在三角形(A)BC D,在三角形(A)B C D,有曲柄的条件：,2）最短杆与最长杆的长度和小于或等于其余两杆的长度和杆长条件。,1）连架杆与机架中必有一杆为最短杆。,1) 曲柄摇杆机构,铰链四杆机构,应用,转动摆动,满足杆长条件，且最短杆作连架杆。,2) 双曲柄机构,铰链四杆机构,应用,等速转动变速转动,满足杆长条件，且最短杆作机架。,3) 双摇杆机构,应用,摆动摆动，具有运动不确定性,满足杆长条件，但最短杆的对边作机架； 若不满足杆长条
3、件，无论取哪个构件作机架，都是双摇杆机构。,铰链四杆机构,4) 平行四杆机构,应用,具有运动不确定性,等速转动等速转动,铰链四杆机构,5.2.1.2急回特性,极位夹角,运动的急回特性,运动的急回特性,C1,C2,C1,C2,C1,C2,本题的解有无穷多个,a,b,5.2.1.3压力角与死点,压力角：从动件上所受驱动力方向与力的作用点速度方向的夹角。,F1,F2,v,F,传动角,死点,利用错位排列的方法克服死点。,利用死点，防止起落架收回,利用死点，加紧机构,5.2.1.4 连杆曲线,如图示所示的铰接四杆机构中，已知l AB=40mm， l BC=80mm， l CD=100mm， l AD=7
4、0mm， （1）确定该机构为何种机构； （2）以构件AB为主动件，试用图解法求出摇杆CD的最大摆角； （3）以构件AB为主动件，试用图解法确定机构的极位夹角，并求出急回系数； （4）以构件AB为主动件，试用图解法确定机构的最小传动角； （5）以构件AB为主动件，问该机构有无死点位置? 若以构件CD为主动件，问该机构有无死点位置?,A,B,C,D,（1）确定该机构为何种机构；,根据杆长条件,且AB为连架杆，该机构为曲柄摇杆机构。,（2）以构件AB为主动件，试用图解法求出摇杆CD的最大摆角；,适当选l，确定A、D两定铰链，以D为圆心， 以l CD为半径作圆弧1， 以A为圆心， l BC l AB为
5、半径， l BC l AB为半径，两弧与前面圆弧1交两点，C1、C2 ，C1D、C2D的夹角就是摇杆CD的最大摆角，在图中量得，,C1,C2,1,（3）以构件AB为主动件，试用图解法确定机构的极位夹角，并求出急回系数；,C1A、C2A的夹角就是机构的极位夹角，在图中量得,C1,C2,1,（4）以构件AB为主动件，试用图解法确定机构的最小传动角；,构件AB与机架重合时的传动角为最小传动角如图所示；,C,图5-13,min,量得,（5）以构件AB为主动件，问该机构有无死点位置? 若以构件CD为主动件，问该机构有无死点位置?,以构件AB为主动件，该机构没有死点， 若以构件CD为主动件，该机构有死点位
6、置，为连杆BC与从动件AB共线时的两个位置。,B1,5.2.2 曲柄滑块机构,曲柄滑块机构可看作由曲柄摇杆机构演化而得。,对心曲柄滑块机构,有曲柄的条件：,无急回特性,偏心曲柄滑块机构,有曲柄的条件：,行程,有急回特性,有急回特性,A,B1,B2,AB主动时，无死点,滑块主动时，有两个死点位置,1) 曲柄滑块机构,4) 导杆机构,2) 定块机构,3)摇块机构,5.2.3 导杆机构,导杆机构可看作由曲柄滑块机构演化而来,它可将连续转动转化为往复摆动。,A,B,C,A,B,a,b,a,b,ab 摆动导杆机构 匀速转动摆动,ab 回转导杆机构 匀速转动变速转动,导杆机构的特点：,1、传动性能好,急回
7、系数：,2、有显著的急回特性,a,b,C2 C1，构件1转动 构件3转 18031,2,1,3,4,p14,p12,p23,p34,p13,p13,A,B,C,C1,C2,p13,C1 C2，构件1转动 ，构件3转180,13,当BAC=90时 3=1,5.2.4 几种其他类型的四杆机构,1) 正弦机构,用于小型冲压机。,A,B,y,由转动的主动件+RPP杆组而成。,+,A,B,y,由转动的主动件+PRP杆组而成。,+,2) 正切机构,3. 椭圆仪机构,移动的主动件+RRP杆组而成,+,4) 双十字滑槽联轴节,转动的主动件+PPR杆组而成,1,2,3,4,+,5.3 多杆机构,牛头刨床利用了导
8、杆机构的急回特性。,插床利用了转动导杆机构的变速转动性质。,插床利用了双曲柄机构的变速转动性质。,增力机构,间歇机构,54 连杆机构设计概论,刚体导引问题 函数变换问题 轨迹复演问题,四杆机构可实现刚体的导引，连杆作平面运动。,定铰链圆心点,动铰链圆点,刚体导引问题,刚体导引问题,应用一个连杆机构，导引一个构件历经给定的序列位置。,1,2,3,4,A1,A2,A3,A4,A0,n=3,n=2,解无穷。,刚体导引,刚体导引机构综合,已知：,函数变换问题,函数变换问题,要求机构的主从动件之间满足一定的函数关系的运动变换称为函数变换问题。,a,给定两连架杆对应位置的综合问题可转化为刚体导引问题。,轨
9、迹复演问题,轨迹复演问题,1直接综合法。通过预期轨迹机构通过的点，列出方程，进行计算，直接得出结果。,2间接综合法。间接综合法利用计算机的海量存储能力把大量的已知轨迹图谱及各杆件参数分类存入数据库。使用时把预期轨迹与库中所存的轨迹参数数据进行比对分析，搜索出最接近的一个，输出机构尺寸数据。,轨迹复演问题,机构轨迹曲线的离散化表示,1. 把曲线的中心移至给定坐标原点； 2. 旋转角度-； 3. 比例放大,任选参考点A、B A1A2A3A0 B1B2B3B0,B3,A3,B2,A2,B1,A1,A、B是任选的， A0、B0解无穷,56 用图解法设计连杆机构,如果给定动平面的两个位置，最简单的办法是
10、使动平面绕一定点极点P12，转动一角度转动角12实现。,M1,M2,N1,N2,A1,A2,P12,任取参考点M、N，连接 M1M2、N1N2，并作其垂直平分线,交点为极点P12, M1P12M2为转动角12 。,原理,M1,M2,N1,N2,A1,A2,P12,P12转动极（极）,E1、E2两个位置一经确定，P12、12就确定与选择的参考点无关,12有向转动角,动平面由E1到E2的位置过程中，动平面上任意一点都绕P12转12,转动极P12 的求法,1.分别在动平面由E1、E2的位置上任选两个参考点M1、M2、N1、N2,M1,M2,N1,N2,2.作M1、M2的垂直平分线m12；作N1、N2
11、的垂直平分线n12,P12,3. m12、n12的交点即为P12,m12,n12,有向转动角12的求法,M1,M2,N1,N2,P12,M1 P12 M2= N1 P12 N2= 12,m12,n12,动平面由E1到E2的位置可由四杆机构实现,m12上任选M0定铰链 n12上任选N0定铰链,动平面上任选两个参考点M、N动铰链,引导平面由E1到E2的位置的四杆机构有无数,N0,M0,两连架杆上动铰链和定铰链与极连线的夹角相等M1 P12 M0= N1 P12 N0= 12/2,机架上两定铰链与极连线的夹角与连杆上两动铰链与极连线的夹角相等M1 P12 N1= M0 P12 N0= 12/2+,1
12、2/2半角，有向角,M1P12始边 M0P12终边,N1P12始边 N0P12终边,P12,m12,n12,求极点 求半角 在始边选动铰链，在终边选定铰链,引导动平面由E1到E2的位置的四杆机构求法,M1,M2,N1,N2,求极点 求半角 刚化半角，半角绕极点转动 在始边选动铰链，在终边选定铰链 将动平面固定到连杆上,按给定动平面的两个位置设计四杆机构,P12,P12,m12,n12,求极点 求半角 刚化半角，半角绕极点转动使终边通过定铰链 在始边选动铰链 将动平面固定到连杆上,给定动平面的两个位置及定铰链设计四杆机构,两连架杆上动铰链和定铰链与极连线的夹角 等于12/2或 12/2,M1,M
13、2,N1,N2,P12,N0,M1P12M0= N1P12N0=,也可以把定铰链选在无穷远，在动铰链M1处铰接一滑块。,按给定动平面的三个位置及动铰链设计四杆机构,求极点P12,P13 求半角12, 13 刚化半角12、 13，半角绕极点P12、P13转动,使终边通过定铰链 两刚化半角的始边的交点为动铰链 将动平面固定到连杆上,按给定动平面的三个位置设计四杆机构,半角转动法设计四杆机构,按给定两连架杆的对应位置设计四杆机构,A,B,C,D,机架,机架,连架杆,连架杆,连杆,连杆,连架杆,连架杆,按给定两连架杆的对应位置设计四杆机构,N1,M1,M2,N2,A0,B0,四杆机构以哪个杆作为机架，
14、相对运动是不变的，将A0M1杆作为机架，B0N1就是连杆了。已知两连架杆的相对位置，也就相当于已知两连杆的相对位置。,实际机构,转化后机构,相对运动不变,N1,M1,A0,B0,机构整体转角,原连架杆（转化机构的“连杆”）转角,R12,按给定两连架杆的对应位置设计四杆机构,以A0B0为起始轴，在A0处作 ，在B0处作 ，得到两条直线，两直线的交点为相对转极R12。,相对转极R12的简易求法：,R12,R12,A1,B1,刚化半角绕R12转动半角，始边上选动铰链B1 ，终边上选动铰链A1，连接 A0A1,B0B1作为连架杆。将B0N1焊在B0B1上,按给定两连架杆的对应位置设计四杆机构,M1,B
15、1,A0,当A0M1转到A0M2时，滑块从B1移动到B2, 设计此机构,如何把A0M1转化为连杆？,滑块作为机架， A0M1为连杆,M1,B1,A0,在滑块上看，连杆由A0M1变为A0M2,M1,B1,A0,R12,已知连杆的两个位置A0M1、A0M2, 求极点,连接A0A0,M1M2,并作其垂直平分线，交点为相对转极。垂直平分线为终边，连杆第一个位置到垂直平分线所张角度为转动半角。,相对转极R12的简易求法：,过A0作导路的垂线，以此垂线为起始轴，A0为顶点作角 ，在距A0为S/2处作导路垂线a012，两直线交点为极点。A0R12a012=12/2,M1,B1,A0,R12,a012,刚化半
16、角，绕R12转动半角，让终边通过B1,在始边上选动铰链A1。将A0M1焊在A0A1上。,A1,设计一个靠背能转动一定角度椅子，手轮安装在椅子座上，要求手轮转45，靠背转25，A0为靠背的转轴，B0为手轮的转轴如图。,靠背,手轮轴,22.5,12.5,R,设计连杆机构时应注意的问题：,序列问题 分枝问题 在某两个插值点之间可能不满足装配条件,序列问题,分枝问题,在某两个插值点之间可能不满足装配条件,设计的平面连杆机构要进行检验，如果所设计的机构应由曲柄，还要进行曲柄存在条件检验。,1.了解平面连杆机构的组成、传动的特点及其主要优缺点； 2.掌握平面连杆机构的基本形式，演化型式及平面四杆机构的一些应用实例； 3.清楚曲柄存在条件、压力角、传动角、死点、急回特性、急回系数等概念； 4.能用图解法按已知连杆的二、三个位置、两连架杆的二、三对对应位置，及行程速比系数等条件设计平面四杆机构； 5.了解解析法设计四杆机构的原理。,
